Summary
L’objectif du protocole est de mesurer l’amplitude de l’extension du mouvement du genou rat. Les effets de diverses maladies qui augmentent la raideur de l’articulation du genou et de l’efficacité des traitements peuvent être quantifiés.
Abstract
Gamme de genou normal de mouvement (ROM) est essentielle au bien-être et permet d’effectuer des activités de base comme la marche, monter les escaliers et assis. ROM perdue est appelée une contracture mixte et entraîne une morbidité accrue. En raison des difficultés de marche arrière genou établi contractures, dépistage précoce est important, et connaissant les facteurs de risque pour leur développement est donc essentielle. Le rat représente un bon modèle avec laquelle l’effet d’une intervention peut être étudié en raison de la similitude de l’anatomie du genou rat à celui des humains, la capacité du rat à tolérer de longues périodes d’immobilisation du genou en flexion, et parce que les caractéristiques mécaniques peuvent être en corrélation avec l’analyse histologique et biochimique du tissu du genou.
À l’aide d’un arthrometer automatique, nous démontrons une méthode validée, précise, reproductible, utilisateur indépendant de la ROM d’extension de l’articulation de rat à couples spécifiques de mesure. Cette arthrometer peut être utilisé pour déterminer les effets des interventions sur le genou ROM en collaboration chez le rat.
Introduction
Avoir une gamme complète de mouvement (ROM) des articulations est critique pour la santé et le bien-être1. Une perte dans la ROM passif commun est appelée une contracture2. Contractures articulaires peuvent résulter de nombreuses conditions, y compris l’alitement prolongé, la paralysie, l’arthroplastie, brûlures, infections et troubles neurologiques1,3,4,5. Une contracture du genou peut être invalidante car elle accélère la dégénérescence mixte, augmente le risque de chutes et négativement affecte la capacité d’une personne à effectuer des tâches de base fonctionnels y compris marchant, assis ou monter des escaliers6, 7.
Une fois établies, les contractures du genou sont difficiles à traiter, et donc de déterminer quels patients sont les plus susceptibles de développer cette condition est essentielle pour la prévention et la prévention de la morbidité associée à une contracture8. Les expériences sont conçues pour évaluer 1) les conditions provoquant ou d’influencer des contractures articulaires du genou, 2) la gravité des contractures, 3) leur progression temporelle, 4) les tissus impliqués dans la contracture, 5) leur réversibilité ainsi que 6) l’utilité de diverses interventions préventives et curatives sur genou conjointe ROM. Pour toutes ces expériences, une méthode valable, objective, précise et reproductible pour mesurer la ROM est essentielle. Autres mesures d’accompagnement nécessaires (dépense d’énergie, histomorphométrie, contenu de protéines et de l’expression génique) sont des marqueurs utiles pour comprendre la physiopathologie des contractures articulaires, mais la limitation mécanique est ce qui limite le patient et conduit à l’invalidité. Certains des défis dans ce domaine de recherche inclut les méthodes hétérogènes par lequel genou ROM peut être testé expérimentalement, ainsi qu’un manque de données quantitatives9. L’utilisation d’une variété de méthodes expérimentales différentes conduit à des résultats qui ne sont pas comparables d’un laboratoire. Cela a conduit à la controverse au sujet des conditions (par exemple arthroplastie immobilisation ou articulaires) qui provoquent des contractures articulaires10. Il faut donc une méthode automatisée de mesurer expérimentalement ROM commun suite à une intervention.
Nous décrivons ici un protocole utilisateur indépendant, valide, précis et reproductible pour évaluer le genou de rat ROM à l’aide d’un arthrometer sur mesure liée à un appareil photo numérique de mesurer avec précision le genou ROM en extension. Nous avons testé l’effet des diverses périodes d’immobilisation genou ROM. Nous décrivons ensuite les méthodes de mesure des ROM à des couples spécifiés au préalable sur les images numériques qui en résulte, à l’aide de repères osseux fixes. Dans l’ensemble, ces méthodes mesurent rat du genou ROM fiable et fournissent des données quantitatives.
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Protocol
Le modèle d’immobilisation de genou rat utilisé a été approuvé par l’Université du Comité d’éthique local et le Service vétérinaire et animalier de Ottawa.
1. la préparation animaux
- À la fin de la période d’immobilisation prédéterminé, euthanasier les rats par administration de dioxyde de carbone.
NOTE : Ici nous avons utilisé un modèle d’immobilisation avec une plaque et 2 vis (un inséré dans le fémur proximal et l’autre dans le tibia distal), ce qui évite la violation de n’importe quel genou des structures et maintient une position fléchie au genou de 135° comme précédemment décrit6 . Sur une période de temps, ce qui produit un genou flexion contracture11. - Couvrir la zone sur et autour de la surface qui l’arthrometer sera mis sur avec des tampons de protection absorbant, imperméable à l’eau. Porter des gants, blouse et lunettes de protection, tout en complétant l’expérience.
- À l’aide d’un scalpel, diviser la peau afin d’exposer la plaque et des vis (voir la note qui suit étape 1.1) ; Insérer la vis plus proximale du fémur proximal et insérer la vis plus distale du tibia distal. Palper pour localiser les vis. Une fois que les têtes de vis sont accessibles, enlever la vis avec un tournevis.
Remarque : Au cours de la période d’immobilisation, les têtes de vis peuvent se recouvrent de tissus mous. Dans ce cas, utilisez le scalpel pour enlever le tissu doucement et de découvrir les têtes de vis. - Une fois les vis enlevées, retirer la plaque manuellement ou à l’aide de pinces à partir d’une trousse de dissection.
- À l’aide de ciseaux et pinces, deglove l’extrémité inférieure pour retirer la peau du fascia sous-jacent.
2. animal de positionnement sur le moteur Arthrometer
Remarque : Tous les essais doivent être effectuée à la température ambiante. Ici l’arthrometer est propulsé par un V de 120 North American standard d’entrée. La sortie de l’adaptateur est 12 V 500 mA.
- La position de l’animal à être testé sur le côté avec la jambe expérimental (la jambe à tester) vers le haut (Figure 2).
- Fixez le fémur dans le collier métallique rainuré qui est intégré dans la phase de montage de l’arthrometer. Percer des trous à travers le muscle à l’aide d’un tournevis de précision pour placer la pince distale au grand trochanter et de sécuriser le fémur. Ajuster le condyle fémoral latéral au-dessus du centre de rotation de l’arthrometer (Figure 1, 2).
- Position du movable armer avec deux poteaux derrière la jambe, juste supérieure au calcanéum, pour pousser le genou en extension passive une fois le moteur électrique est activée.
- Serrer le collier du fémur à sa base à l’aide d’une clé six pans jusqu'à ce qu’elle est fixée.
- S’assurer que la caméra est correctement montée sur l’arthrometer à l’aide d’un tournevis et est sur la Mise au point manuelle. Concentrer la caméra sur le condyle fémoral.
- Sélectionnez le paramètre d’orientation sur l’arthrometer (dans le sens horaire ou antihoraire) selon la direction du genou ROM testée et la position du rat.
- Activer le moteur d’arthrometer en poussant simultanément le bouton Power et Démarrer .
Remarque : La nécessité de pousser le bouton power et démarrer simultanément est un dispositif de sécurité de l’appareil, ce qui empêche toute activation accidentelle.- Observer que le moteur arthrometer se déplace à une vitesse de 6,6 t/mn et puis arrêt pour 2,1 s en arrivant le premier couple prédéterminé.
- NOTE : que lorsque le premier couple est atteint, la LED correspondante s’allume et l’appareil photo numérique prendra une photo du genou automatiquement.
Remarque : Une fois que la photo est prise, l’arthrometer se poursuivra à l’autre, un couple préréglé plus élevé. Une fois les quatre couples ont été appliquées, l’arthrometer s’arrête. Une fois que le rat est positionné sur l’arthrometer et tests est lancée, le temps total pour tester un genou est environ 18,8 fois s. peuvent varier légèrement selon la condition de la contracture mixte. Les images prises sont utilisés pour mesurer l’extension à chaque couple.
3. saisir l’Angle du genou Extension à l’aide de la Arthrometer à moteur
Remarque : Une fois que le moteur s’arrête à chaque couple, un appareil photo numérique est déclenché pour prendre une photo. La caméra est positionnée sur l’image telle qu’elle est directement au-dessus de l’articulation du genou étant testé et axé sur le condyle fémoral.
- Poursuivre ses essais avec le même genou depuis le même animal, mais dans une situation différente, par exemple, après avoir effectué une myotomie des muscles postérieurs transarticular pour isoler le composant (non musculaire) arthrogenic d’une contraction, ou avec un genou de un autre animal.
- Lorsque vous remplissez la myotomie, disséquer le muscle proximal assez à l’articulation de genou pour s’assurer que la capsule n’est pas coupée.
Remarque : Il est plus facile de compléter la myotomie lorsque la jambe est en extension, après l’application du couple 4 (17,53 N-cm). Ensuite, répétez les étapes 2.1 à 3.1.
- Lorsque vous remplissez la myotomie, disséquer le muscle proximal assez à l’articulation de genou pour s’assurer que la capsule n’est pas coupée.
- Une fois que les deux jambes ont été testés dans toutes les conditions (par exemple, avant et après la myotomie), disposer de la carcasse d’animal et toutes les matières suivant le protocole institutionnel et nettoyer l’arthrometer.
4. genou ROM mesure analyse
- Analyser ROM à l’aide de ImageJ.
Remarque : Ici la version 1. 45 s a été utilisée. - Ouvrez le fichier contenant l’image numérique, prise par la caméra embarquée sur l’arthrometer de rat.
Remarque : La personne qui effectue l’analyse devrait être aveuglée pour le groupe expérimental de l’animal (p. ex., immobilisée par opposition à contrôle). - Sélectionnez l' outil de l’Angle de la barre d’outils principale et tracer l’angle femorotibial en traçant une ligne fémorale au milieu de la pince du fémur du condyle latéral (aligné sur la diaphyse fémorale, Figure 2), et une ligne tibiale de la latérale condyle fémoral à la malléole externe (Figure 2).
Remarque : L’angle fémoro-tibiale correspond à l’angle maximal d’extension du genou atteinte à chaque couple prédéfinie. - Utilisez l’outil de mesure en cliquant sur Analyze | Mesure pour montrer l’angle calculé, produite par les 2 lignes tracées ci-dessus. Utilisent la convention de 0° pour désigner l’extension complète.
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Representative Results
Le montant de l’extension du genou déterminé pour diverses périodes d’immobilité sont résumées à l’augmentation des durées d’immobilité et montrent que les contractures plus sévères ont été produites suivant les longueurs croissantes d’immobilisation. Résultats représentatifs avec ImageJ sont indiquées à la Figure 3.
La capacité de mesurer l’extension maximale des genoux de rat de façon valide, précise et reproductible, utilisateur indépendant qui réduit les biais dans les données. Dans l’exemple fourni, nous avons évalué l’extension maximal du genou après 16 semaines d’immobilisation pour 7 rats, comparant le membre immobilisé (expérimental) au membre controlatéral non immobilisé. La branche choisie pour l’immobilisation alterné d’un rat à l’autre (par exemple, le rat 1 avait le genou droit immobilisé, rat 2 gauche). L’enquêteur, les angles de mesure a été aveuglé dont côté a été immobilisée pendant les mesures. Les résultats sont présentés à la Figure 3. Pour le genou immobilisé, la capacité d’extension maximale a été réduite par rapport à la controlatérale. Division des muscles transarticular élimine la composante myogène de la contracture de flexion. Suite myotomie, augmente la capacité d’extension maximale pour le genou controlatéral et expérimental ; Cependant, le genou expérimental a continué à démontrer une contracture de la flexion (Figure 3).
Figure 1 : Rat du genou arthrometer. (A) toute image représentative d’appareils (B) de l’animal dans l’affichage électronique arthrometer (C) et des pinces pour arthrometer. (D) image agrandie de l’affichage électronique. Les nombres indiquent les différents couples appliqués : couple 1 = 2,53 N-cm, couple 2 = 7.53 N-cm, couple 3 = 12.53 N-cm, couple 4 = 17,53 N-grande image cm. (E) de la pince fémoral et tibial appareil poussant. La pince fémorale est fixée à la scène. Le bras mobile tibial a 2 poteaux qui fixent l’extrémité distale inférieure et déplacez-y le genou en extension. Pointe de flèche et chevron indiquent la pince du fémur et du bras mobile, respectivement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Arthrometer et rat expérimental pour évaluation. (A) genou extension du membre postérieur est mesurée en utilisant la ligne tibiale prélevée sur le condyle fémoral latéral la malléole externe et la ligne fémorale tirées du condyle latéral jusqu’au milieu de la pince du fémur. Pointe de flèche et chevron indiquent la pince du fémur et du bras mobile, respectivement. Images de fort grossissement (B) du condyle fémoral et fort grossissement (C) de la malléole externe.
Figure 3 : Gamme genou immobilisé et controlatéral rat du mouvement après l’immobilisation de 16 semaines. Pour les deux genoux, après avoir testé l’extension du genou avec des structures articulaires tout intacts (n = 7), une myotomie des muscles trans-articulaire a été réalisée afin de déterminer la limite arthrogenic ROM. données sont présentés comme moyennes degrés d’extension complète (à l’aide de la Convention 0 ° = extension complète) avec des barres d’erreur représentant l’écart-type. * représente p < 0,01 en utilisant le test T indépendant-échantillons. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Le rat du genou arthrometer a été développé afin de façon reproductible et fiable de déterminer l’extension maximale du genou rat suite à une intervention. Avantages de ce dispositif incluent la génération cohérente du couple à travers l’articulation avec une force constante bras de longueur et extension du genou. Un autre avantage inclut la possibilité de réglage du couple à un niveau permettant répétitif des tests sur la même articulation afin d’évaluer l’influence des différentes structures articulaires sur genou ROM, comme les muscles, capsule ou ligament. Par exemple, après essai de l’articulation entièrement intacte, le genou postérieur transarticular muscles pourraient être divisées et arthrometer tests répétés afin de déterminer la contribution d’arthrogenic à extension limitation11.
Caractéristiques mécaniques de l’arthrometer qui optimisent la précision et l’exactitude de mesure incluent la pince cannelée, qui vise à empêcher la rotation du fémur pendant l’essai (Figure 1). Les distales deux poteaux métalliques s’engager la jambe vers l’arrière, en poussant le genou en extension dans le sens horaire et minimiser le risque de luxation postérieure du tibia sur le fémur pendant l’essai (Figure 1). La hauteur du lambrequin antérieur de la liaison verticale supérieure des postes et faire en sorte que le tibia ne glisse pas hors des postes. La capacité des poteaux pour faire pivoter et de maintenir leur position sur le tibia proximale par rapport au calcanéum assure à couple constant. Quatre couples sont testés dans l’ordre : 2,53 N-cm, 7.53 N-cm, 12.53 N et 17,53 N-cm. Le plus haut niveau de couple a été déterminé la quantité de force qui ont conduit à la rupture capsulaire dans les articulations de genou normal (non opérés) rat (p. ex. extension dépassant 0 °) après la division de tout le muscle transarticular. Le couple le plus bas était le point de résistance au mouvement angulaire juste au-dessus des quantités mesurables sur les articulations de genou de rat normal. Les couples de deux moyennes ont été fixé à environ à mi-chemin entre les couples de serrage plus élevé et le plus bas.
Autres méthodes pour mesurer les ROM conjointe aux couples spécifiques ont été décrites pour les deux rats et autre animaux modèles12,13,14,15,16. Certains des avantages de notre modèle sur ces autres systèmes comprennent un format pratique qui permet de benchtop placement de l’appareil sans la nécessité pour les installations spéciales. Autres modèles nécessitent également la désarticulation du membre à l’étude tandis que le modèle présenté ici ne fonctionne pas. Mécaniquement, la voie d’arc du poste s’applique la force d’extension de la jambe distale, suite à la progression angulaire du genou, maintenant ainsi un angle uniforme d’application des forces. Le stade de l’arthrometer permet le placement du rat ensemble sur l’appareil de mesure, ce qui permet l’essai de tous les in situ structures articulaires qui peuvent contribuer à ROM perdu sans violer l’anatomie commune. Alors que le protocole de l’éthique pour notre laboratoire exclut les tests sur les animaux vivants, il serait théoriquement possible avec une analgésie appropriée et post test sacrifier des protocoles.
L’arthrometer présente quelques inconvénients. L’appareil a été dimensionné pour le genou de rat adulte pour s’assurer que le bras mobile était à une longueur d’assurer il se glisse pas la jambe et le pied se glisse pas le bras. Jeunes rats, ou des espèces plus petites et plus grandes bénéficierait des composants de taille appropriée. En outre, une reprogrammation de l’optimal bras du moment et la force (couple) serait nécessaires. Si, par exemple, un animal plu ou moins a été utilisé, réglage de la longueur du bras du moment et/ou montant de force exercée pour atteindre optimale du couple peut être nécessaire. Autres parties de l’arthrometer devrez peut-être également être redimensionné, en fonction de la taille de l’animal. Alors que les mouvements de l’arthrometer sont indépendantes de l’utilisateur, mesure commune avec ImageJ peut être sujette à l’erreur humaine. Cependant, nous avons constaté que, en utilisant les méthodes présentées ici, il y a haute intra-évaluateur et objectivité avec les coefficients de corrélation intraclasse 0.987 et 0.903, respectivement. Parce que le couple plus élevé endommage souvent les structures articulaires au cours des essais, une valide d’objectivité pour le placement animale et l’activation de l’arthrometer est difficile à déterminer. Pour éviter des erreurs de mesure qui peuvent être associé à avoir plus d’un investigateur effectuer cette partie du protocole, nous recommandons que vous fassiez le même chercheur retiennent les rats à l’arthrometer pour la durée d’une étude de sorte que tout biais est cohérente entre les expérimentale et contrôler les genoux. Les ischio-jambiers traversent le genou et la hanche, rétroversion du bassin peut être constatée au cours des essais à couples 1 et 2 avant myotomie. Ceci peut contribuer à des augmentations dans l’extension du genou à la fois expérimentale et contrôle ses genoux à ces couples. Enfin, les résultats peuvent varier de vrai en vivo ROM comme le protocole a été développé pour tester euthanasiés plutôt que des animaux vivants.
Alors que nous avons décrit l’utilisation d’un dispositif d’évaluation des effets d’immobilité sur l’articulation du genou de rat, autres conditions affectant la ROM commun pourraient aussi être étudiées. Il existe de nombreux exemples, dont certaines comprennent les effets du traumatisme, augmentation du tonus musculaire secondaire à une insulte du système nerveux central, ou des modifications génétiques relatives aux maladies neuromusculaires. Interventions respectives comme demande de cellules souches à l’articulation du genou, blocage de la jonction neuromusculaire ou traitements de thérapie génique permettant de découvrir de nouvelles options de traitement pourraient aussi être appréciées à l’aide de l’appareil.
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Disclosures
Les auteurs n’ont pas des divulgations ou les conflits d’intérêts à déclarer.
Acknowledgments
Les auteurs tiens à remercier Joao Tomas pour son assistance technique avec l’appareil et Khaoula Louati d’assistance dans l’élaboration de méthodes d’analyse de l’image.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Arthrometer | The Ottawa Hospital Rehabilitation Centre - Rehabilitation Engineering | N/A | |
| Camera | Canon | EOS-500D | Commonly known as EOS Rebel T1i |
| ImageJ | National Institutes of Health | Version 1.45s | |
| Absotbent Underpads | VWR | 820202-845 | |
| Dissection Kit | Fisher | 08-855 | Kit Includes: Forceps: medium points, nickel-plated Scissors: 1.5 in. (40 mm) blades, stainless steel Dissecting knife handle: nickel-plated Knife blades: stainless steel, pack of 3 Dropping pipet: glass Bent dissecting needle: stainless steel with plastic handle Straight dissecting needle: stainless steel with plastic handle Vinylite Ruler 6 in. (15 cm) |
| Precision Screw Driver | Mastercraft | 057-3505-8 | |
| Scalpel Blades - #10 | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Screwdriver | Stanley | 057-3558-2 | |
| Hex Keys | Mastercraft | 058-9684-2 | |
| Universal AC to DC powder adapter | RCA | 108004951 |
References
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